(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇温室と、該昇温室に隣接する浸炭室と、前記昇温室と前記浸炭室とを仕切る開閉自在な仕切り扉と、前記昇温室の底部に形成される被処理品の搬入口と、該搬入口を開閉する搬入扉と、前記搬入口から前記昇温室内へと被処理品を搬入する昇降機と、前記昇温室内の被処理品を前記浸炭室へと移送する移送手段と、浸炭処理用の雰囲気ガスを前記昇温室内へと供給するガス供給管路と、を備え、前記搬入扉が被処理品の支持手段とされ、前記昇降機の作動により前記搬入扉が昇降され、前記搬入扉の開閉速度を制御する開閉速度制御手段を備え、該開閉速度制御手段からの信号に基づいて前記昇温室内への雰囲気ガスの供給量を調整するガス量調整手段を備える、連続浸炭炉。
【請求項２】
前記ガス量調整手段は、前記搬入扉の開作動時に前記昇温室内に供給するガスの量を増大させる、請求項１に記載の連続浸炭炉。
【請求項３】
前記搬入扉の開閉速度が１ｃｍ／秒である、請求項１又は２に記載の連続浸炭炉。
【請求項４】
それぞれに浸炭処理用のガスが供給される昇温室と浸炭室との間の仕切り扉を閉じた状態で前記昇温室の底部の搬入口を開けて前記昇温室内に被処理品を搬入し、前記搬入口を閉じて前記昇温室で被処理品の昇温処理を行い、前記仕切り扉を開けて被処理品を前記浸炭室に移送し、前記仕切り扉を閉じる、という一連の過程を繰り返し実行する連続浸炭方法であって、前記搬入口を開閉する搬入扉が被処理品の支持手段とされ、前記搬入扉の開閉速度に応じて前記昇温室内への雰囲気ガスの供給量を調整する、連続浸炭方法。
【請求項５】
前記搬入扉の開閉速度が１ｃｍ／秒である、請求項４に記載の連続浸炭方法。
【請求項６】
前記搬入扉の開作動時には、該搬入扉が閉じている時よりも前記ガスを多く前記昇温室に供給する、請求項５に記載の連続浸炭方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭雰囲気ガス中で被処理品を連続的に浸炭処理するための連続浸炭炉及び連続浸炭方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続浸炭炉においては、昇温室、浸炭室、拡散室、降温室、焼入室等が水平方向に順次連続して配設される。前記各室間は、開閉自在な仕切り扉で仕切られ、前記昇温室、前記浸炭室、前記拡散室には、浸炭用の雰囲気ガスが供給される。
【０００３】
前記昇温室には、被処理品を搬入するための横向きの搬入口が配設され、この搬入口は搬入扉で開閉される。前記昇温室への被処理品の搬入時、すなわち、前記搬入口の開閉時には、必然的に、前記昇温室内の雰囲気ガスが外部に流出し、それと入れ替わりに外気が流入する。この外気の流入により、前記昇温室内の雰囲気ガスが急激に冷却されて収縮するので、この収縮した体積を補う分量の外気がさらに前記昇温室へと吸い込まれる。その結果、前記昇温室の雰囲気ガスの組成に大きな変化が生じてしまう。このため、被処理品の品質に悪影響が及ぶおそれがある。
【０００４】
これを防止するためには、変化した雰囲気ガスの組成を適正な範囲に戻すことが必要であるが、これに時間を取られると、後続の浸炭室への被処理品の供給が遅れるので、浸炭処理に長時間を要してしまうことになる。
【０００５】
そこで、特許文献１，２に示すように、被処理品を昇温室に搬入する際に生ずる室内雰囲気の乱れを素早く回復させるため、昇温室の前に真空パージ室を設けたものが提案されている。これによれば、被処理品の搬入に要する時間、ひいては浸炭処理のリードタイムが短縮され、効率のよい浸炭処理が可能であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０９４５号公報
【特許文献２】特開２０００−１８００６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、被処理品を真空パージ室に搬入した後、室内の空気を真空排気し、その後、雰囲気ガスや窒素ガス等を真空パージ室に導入する工程があるため、浸炭処理のリードタイムの短縮効果が限定的であり、雰囲気ガスや窒素ガス等のコストもかさむ等の問題がある。
【０００８】
また、真空パージ室や真空排気の手段が必要になることから、装置全体の小型化や設備コストの低減も困難である。
【０００９】
さらに、特許文献１，２のものとは別に、真空パージ室を設けない従来の連続浸炭炉が抱える問題として、昇温室への大量の外気の流入を許すと、流入する外気中の酸素が雰囲気ガスと混合して昇温室内で異常燃焼を起こしてしまう可能性もあった。
【００１０】
本発明は、前記の如き事情に鑑みてなされたものであり、昇温室への被処理品の搬入時における雰囲気ガスの組成変化を大幅に抑制でき、浸炭処理のリードタイムも短縮でき、装置全体の小型化やコスト削減も達成でき、異常燃焼の問題もない、連続浸炭炉と連続浸炭方法とを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明に係る連続浸炭炉は、昇温室と、該昇温室に隣接する浸炭室と、前記昇温室と前記浸炭室とを仕切る開閉自在な仕切り扉と、前記昇温室の底部に形成される被処理品の搬入口と、該搬入口を開閉する搬入扉と、前記搬入口から前記昇温室内へと被処理品を搬入する昇降機と、前記昇温室内の被処理品を前記浸炭室へと移送する移送手段と、浸炭処理用の雰囲気ガスを前記昇温室内へと供給するガス供給管路と、を備え、前記搬入扉が被処理品の支持手段とされ、前記昇降機の作動により前記搬入扉が昇降され、前記搬入扉の開閉速度を制御する開閉速度制御手段を備え、該開閉速度制御手段からの信号に基づいて前記昇温室内への雰囲気ガスの供給量を調整するガス量調整手段を備える（請求項１）。
【００１２】
本発明によれば、前記ガス供給管路を通して前記昇温室へと浸炭処理用の雰囲気ガスを供給する。前記昇温室と前記浸炭室との間の仕切り扉を閉じた状態で前記昇温室の底部の搬入口を開け、前記昇降機を作動させて、前記昇温室内に被処理品を搬入する。そして、前記搬入口を閉じて、前記昇温室で被処理品の昇温処理を行う。その後、前記仕切り扉を開けて後続の浸炭処理のために被処理品を前記浸炭室に移送し、前記仕切り扉を閉じる。これら一連の動作を繰り返し行う。
【００１３】
本発明では、前記搬入口が前記昇温室の底部に形成されるので、前記搬入扉を開けて前記搬入口を開放した場合に、前記昇温室内の雰囲気ガスが外部に流出し難い。これは、前記昇温室内には大気よりも軽い加熱された雰囲気ガスがあり、またその対流があるため、搬入口が横向きの従来例と比較して、下向きの前記搬入口からはガスが流出し難いと考えられるからである。
【００１４】
搬入口開放時に雰囲気ガスの流出が抑制されれば、前記昇温室内への外気の流入も抑えられるので、前記昇温室の雰囲気ガスの組成に大きな変化が生じない。このため、昇温室内の雰囲気ガスの組成を元の適正な範囲に短時間で戻すことができ、後続の浸炭室への被処理品の供給も円滑に行うことができる。よって、浸炭処理のリードタイムも短縮できる。前記従来の技術とは異なり、雰囲気ガスを真空パージ室に導入する工程がないため、雰囲気ガス等のコストも節約され、省コスト的である。また、真空パージ室や真空排気の手段も不要であるから、装置全体の小型化や設備コストの低減も達成できる。
【００１５】
さらに、昇温室に流入する外気量が少ないことから、流入する外気に含まれる酸素が昇温室内の雰囲気ガスと混合して異常燃焼を起こす危険も少ない。
【００１６】
前記昇降機の作動により、搬入扉の閉作動と昇温室への被処理品の搬入とが同時に行われるので、作業効率が向上する。また、前記開閉速度制御手段によって、前記搬入扉の開閉速度を昇温室の内外の気体が乱されない適切な速度に制御することで、昇温室への外気の流入をより一層低減することができる。さらに、前記開閉速度制御手段からの信号に基づいて前記昇温室内への雰囲気ガスの供給量をガス量調整手段によって調整することで、前記搬入扉の開閉時において、昇温室内の雰囲気ガスの組成変化を極力抑制することができるので、雰囲気ガスの組成を短時間で元の状態に戻すことができる。このため、昇温工程を短時間で終えることができ、短い時間で次の被処理品Ｗを前記昇温室へと搬入することができる。
【００１７】
好適な実施の一形態として、前記ガス量調整手段が、前記搬入扉の開作動時に前記昇温室内に供給するガスの量を増大させる態様を例示する（請求項２）。このようにすれば、前記搬入扉の開作動時、すなわち前記搬入口の開口時における前記昇温室への外気の流入量を一層低減させることができる。
【００１８】
好適な実施の一形態として、前記搬入扉の開閉速度が１ｃｍ／秒である態様を例示する（請求項３）。このようにすれば、昇温室への外気の流入をさらに抑制することができる。
【００１９】
一方、本発明に係る連続浸炭方法は、それぞれに浸炭処理用のガスが供給される昇温室と浸炭室との間の仕切り扉を閉じた状態で前記昇温室の底部の搬入口を開けて前記昇温室内に被処理品を搬入し、前記搬入口を閉じて前記昇温室で被処理品の昇温処理を行い、前記仕切り扉を開けて被処理品を前記浸炭室に移送し、前記仕切り扉を閉じる、という一連の過程を繰り返し実行する連続浸炭方法であって、前記搬入口を開閉する搬入扉が被処理品の支持手段とされ、前記搬入扉の開閉速度に応じて前記昇温室内への雰囲気ガスの供給量を調整するものである（請求項４）。
【００２０】
好適な実施の一形態として、前記搬入扉の開閉速度が１ｃｍ／秒である態様を例示する（請求項５）。
【００２１】
好適な実施の一形態として、前記搬入扉の開作動時には、該搬入扉が閉じている時よりも前記ガスを多く前記昇温室に供給する態様を例示する（請求項６）。
【００２２】
本発明の方法による作用効果は、本発明による前記連続浸炭炉についての前記作用効果から自明であるので、重複した説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の一形態に係る連続浸炭炉の全体図である。
【図２】本発明の実施例の説明図である。
【図３】実験結果を示すグラフである。
【図４】実験結果を示すグラフである。
【図５】実験結果を示すグラフである。
【図６】実験結果を示すグラフである。
【図７】実験結果を示すグラフである。
【図８】実験結果を示すグラフである。
【図９】実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の一形態に係る連続浸炭炉及び連続浸炭方法について説明する。
【００２５】
図１に示すように、本発明の実施の一形態に係る連続浸炭炉１は、昇温室２、浸炭室３、拡散室４、降温室５、焼入室６を順に備え、隣接する室同士の間には、開閉自在な仕切り扉７，８，９，１０が配設されている。
【００２６】
前記昇温室２の底部には被処理品Ｗの搬入口１１があり、該搬入口１１は搬入扉１２で開閉される。前記搬入口１１から装入された被処理品Ｗは、プッシャ又はローラハース等の移送手段１３によって前記各室を順次移動させられながら所定の熱処理を受ける。前記各仕切り扉７，８，９，１０は、各室における熱処理中には仕切り（閉）状態にあり、被処理品Ｗを或る室から次の室へと移動させる際に開いて被処理品Ｗの室間移動を許容する。
【００２７】
前記各室にはガス供給管路１４，１５，１６，１７，１８が接続されており、これらのガス供給管路を通じて熱処理に必要な所定のガスが各室に供給される。また、前記各室には排ガス管路１９，２０，２１，２２，２３が配設されており、これらの排ガス管路を通じて前記各室からガス排出が行われる。
【００２８】
前記焼入室６は、上部のベスチブル２４と下部の油槽２５とで構成される。この油槽２５には焼入油が貯留されている。前記ベスチブル２４に搬入された被処理品Ｗは、図示しない昇降装置で下降させられて前記油槽２５の焼入油に浸漬され、焼入処理を受ける。その後、前記被処理品Ｗは、前記昇降装置で上昇させられて前記ベスチブル２４に戻される。
【００２９】
前記ベスチブルには、焼入れ済みの被処理品Ｗを搬出するための搬出口２６と、該搬出口２６を開閉する搬出扉２７と、が配設されている。該搬出扉２７を開けて、前記搬出口２６を通して、焼入れ済みの被処理品Ｗが前記焼入室６の前記ベスチブル２４から外部へと搬出される。
【００３０】
前記連続浸炭炉１において、前記ガス供給管路１４，１５，１６，１７，１８を通して前記各室へと浸炭処理用等の雰囲気ガスを供給する。前記昇温室２と前記浸炭室３との間の仕切り扉７を閉じた状態で前記昇温室２の底部の搬入口１１を開け、該搬入口１１の下方から前記昇温室２内に被処理品Ｗを搬入する。そして、前記搬入口１１を閉じて、前記昇温室２で被処理品Ｗの昇温処理を行う。その後、前記仕切り扉７を開けて浸炭処理のために被処理品Ｗを前記浸炭室３に移送し、前記仕切り扉７を閉じる。空になった前記昇温室２には、前記と同様にして次の被処理品Ｗが搬入される。前記浸炭室３での処理が終わったら、拡散室４、降温室５、焼入室６へと順次被処理品Ｗが送られ、各室で被処理品Ｗに対してそれぞれ必要な処理が施される。これら一連の動作が繰り返して実行される。
【００３１】
本実施の形態の最大の特徴は、前記連続浸炭炉１に対して被処理品Ｗを搬入するための前記搬入口１１が、前記昇温室２の底部に配設される点である（従来の連続浸炭炉の被処理品搬入口は、昇温室の横向きの側面に配設されていた）。そして、被処理品Ｗは、昇降機２８によって前記昇温室２の下方からリフトアップされて、前記搬入口１１を通って前記昇温室２へと搬入される。
【００３２】
本発明の発明者等の研究によれば、前記搬入口１１を前記昇温室２の底部に形成すると、前記搬入扉１２を開けて前記搬入口１１を開放した場合に、前記昇温室２内の雰囲気ガスが外部に流出し難い。これは、前記昇温室２内には大気よりも軽くなった加熱された雰囲気ガスがあり、またその対流があるため、搬入口が横向きの従来例と比較して、下向きの前記搬入口１１からはガスが流出し難いと考えられるからである。
【００３３】
搬入口１１の開放時に雰囲気ガスの流出が抑制されれば、前記昇温室２内への外気の流入も抑えられるので、前記昇温室２の雰囲気ガスの組成に大きな変化が生じない。このため、昇温室２内の雰囲気ガスの組成を元の適正な範囲に短時間で戻すことができ、後続の浸炭室３への被処理品の供給も円滑に行うことができる。よって、浸炭処理のリードタイムも短縮できる。前記従来の技術とは異なり、雰囲気ガスを真空パージ室に導入する工程がないため、雰囲気ガス等のコストも節約され、省コスト的である。また、真空パージ室や真空排気の手段も不要であるから、装置全体の小型化や設備コストの低減も達成できる。
【００３４】
さらに、昇温室２に流入する外気量が少ないことから、流入する外気に含まれる酸素が昇温室２内の雰囲気ガスと混合して異常燃焼を起こす危険も少ない。
【００３５】
前記搬入扉１２と前記昇降機２８は別々に設けることとしてもよい。しかし、本実施の形態では、前記搬入扉１２が被処理品Ｗの支持手段を兼ねるものとし、前記昇降機２８の作動により前記搬入扉１２を昇降させるようになっている。このようにすれば、前記昇降機２８の作動により、搬入扉１２の閉作動と昇温室２への被処理品Ｗの搬入とが同時に行われるので、作業効率が向上し、また、別に開閉手段を設ける必要がなくなり設備コストの低減が図れる。
【００３６】
前記昇降機２８は、被処理品Ｗの支持体としての前記搬入扉１２を水平状態のままで昇降できるものであれば具体的な構成は任意である。例えば、図１に示すように、前記搬入扉１２の上に被処理品載置台２９を設け、前記搬入扉１２を昇降台３０によって支持し、該昇降台３０の回りに適数本の案内柱３１を配設する。そして、該案内柱３１に沿って前記昇降台３０を上下動させることによって、前記被処理品載置台２９と前記搬入扉１２とを同時に昇降させる。
【００３７】
前記昇降台３０の駆動源３２としては、油圧シリンダやモータが挙げられ、駆動源３２と前記昇降台３０とを駆動上連結させる手段としては、チェーンと歯車の組み合わせや、ワイヤとワイヤ巻取りドラムの組み合わせや、ラックとピニオンの組み合わせ等が挙げられる。ラックとピニオンを用いる場合には、前記昇降台にモータと該モータに連結される駆動ピニオンを設け、上下方向に配設したラックに前記駆動ピニオンを噛合させて昇降させることができる。
【００３８】
前記連続浸炭炉１は、前記搬入扉１２の開作動時に前記昇温室２内に供給するガスの量を増大させるガス量調整手段３３を備えることが好ましい。このようにすれば、前記搬入扉１２の開作動時、すなわち前記搬入口１１の開口時における前記昇温室２への外気の流入量を一層低減させることができるからである。
【００３９】
さらに、前記搬入扉１２の開閉速度を制御する開閉速度制御手段３４を有することが好ましい。加えて、前記ガス量調整手段３３は、前記搬入扉１２の開閉速度に合わせて前記昇温室２内に供給するガスの量を調整するものであることが好ましい。このようにすれば、前記搬入扉１２の開閉速度に応じて前記昇温室２へのガス供給量を調整することで、前記昇温室２への外気の流入量を尚一層低減させることができるからである。
【００４０】
具体的には、前記ガス量調整手段３３として、前記昇温室２への前記ガス供給管路１４上に、流量調整バルブを設ける。該流量調整バルブ３３の上流側には、前記昇温室２へのガス供給を制御するための開閉バルブ３５がある。
【００４１】
前記昇降機２８には、搬入扉１２の開閉速度制御手段３４として、前記駆動源の出力を調整するコントローラが配設される。前記駆動源３２が油圧シリンダである場合には、前記コントローラ３４として、前記油圧シリンダへ供給する作動油の流量を制御する電動モータ付バルブ等の流量調整バルブを用いることができる。また、前記駆動源３２がモータである場合には、前記コントローラ３４として、インバータやサーボモータ用コントローラ等を用いることができる。前記コントローラ３４からの信号に基づいて前記流量調整バルブ３３の作動を制御することにより、前記搬入扉１２の開閉速度に合わせて前記昇温室２内に供給するガスの量が調整される。
【００４２】
本発明の発明者等の研究によれば、前記搬入扉１２の開閉速度は低速であるのが好ましい。これは、前記搬入扉１２の開閉速度が速くなればなるほど、搬入口１１の周辺の気体がより激しくかき乱され、昇温室２内への外気の流入量と昇温室２内の雰囲気ガスの外部への流出量とが多くなってしまうからである。したがって、前記搬入扉１２の開閉速度は、前記昇温室２の内外の気体が前記搬入扉１２の開閉によってかき乱されない程度の低速（例えば、１ｃｍ／秒等）とする。
【００４３】
一方、前記搬入扉１２の開閉速度を低速にすると、その分だけ前記搬入口１１が開いている時間が長くなる。このため、前記昇温室２内の雰囲気ガスが外部に流出し、外気が昇温室へと流入する機会が増えることにもなる。そこで、本実施の形態では、前記搬入扉１２の開閉速度を低速にしても外気流入の機会が増大しないように、前記ガス量調整手段３３によって、前記昇温室２内に供給するガスの量を増大させる。例えば、搬入口１１が開口している間は、搬入口１１が閉じている時のガス供給量の例えば１．５倍等のガスを供給する。これにより、昇温室２へ外気が流入しにくくなり、好適である。
【００４４】
本実施の形態によれば、前記搬入扉１２の開閉時において、昇温室２内の雰囲気ガスの組成変化が極力抑制されるので、雰囲気ガスの組成を短時間で元の状態に戻すことができる。このため、昇温工程を短時間で終えることができ、３０分以下、さらには従来の浸炭炉では考えられなかった１５分以下等の短い時間で次の被処理品Ｗを前記昇温室２へと搬入することができる。
【実施例】
【００４５】
＜実施例１＞
本発明の発明者等は、本発明による作用効果を実証するために様々な試験を行った。すなわち、図２に示すように、前記昇温室２に相当する実験容器３６を用い、雰囲気ガスに相当するガスを導入しながら実験容器３６の下向き扉（搬入扉に相当）３７を開閉して、実験容器３６内の雰囲気の測定等を行った。
【００４６】
＜実験器具の説明＞
図２に示すように、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１５０ｍｍの実験容器３６の下部（底部）に、２６ｍｍ×２６ｍｍの扉３７を設ける。この下向き扉３７は、前記実験容器の底部の開口３８（搬入口に相当）を開閉する。
【００４７】
前記実験容器３６内には加熱装置３９が配設され、この加熱装置３９によって前記実験容器３６の内部を１００〜５００℃に加熱することができる。前記実験容器３６内には、マスフローコントローラ４０を介して、雰囲気ガスとしてＮ２ガスが供給される。
【００４８】
前記実験容器３６の内部の二箇所には、室温測定のための熱電対４１，４２が配設される。一つ（４１）は前記扉３７の近くの室温測定用であり、もう一つ（４２）は前記扉３７から離れた奥側の室温測定用である。
【００４９】
また、前記実験容器３６内の酸素濃度を測定するためにサンプリング管路４３を設け、該サンプリング管路４３上に、ポンプ４４と流量計４５と酸素濃度計４６を配設する。該酸素濃度計４６を通過したサンプルガスは、戻し管路４７を通って前記実験容器３６へと戻される。
【００５０】
前記熱電対４１，４２と前記酸素濃度計４６による測定値は、記録装置４８で記録される。
【００５１】
比較例として、前記下向き扉３７に代えて横向きの側面に横向き扉を設けた実験容器（他の構成は実施例の実験容器と同じ）を用い、前記と同じ条件で比較実験を行う。
【００５２】
＜実験方法＞
まず、前記加熱装置３９を用いて前記実験容器３６の内部を３００℃に加熱する。前記実験容器３６の中にＮ２ガスを一定量供給し、実験容器３６内の雰囲気をＮ２ガスで置換する。
【００５３】
ここで、実験容器の容積が１．５Ｌだから、例えばＮ２ガスの供給量を１００ｍＬ／分とすると、一時間で４回のガス置換を行うことができる。このように、ガス供給量（流量）と容器の容積との比率を、ガス置換回数（一時間当たりのガス置換可能回数）という。
【００５４】
実験においてはガス置換回数を６回とし、実験容器３６内の酸素濃度が所定の値（例えば２５０ｐｐｍ以下）になったことを確認し、実験容器３６の下向き扉３７を外す。扉の開閉速度は１ｃｍ／秒とする。
【００５５】
＜実験１＞
１０秒後に実験容器３６の下向き扉３７を閉め、酸素濃度と雰囲気の温度とを測定した。その結果は図３に示す通りである。また、実施例と比較例による実験容器内の酸素濃度の時間変化を図４に示す。図４より、搬入扉を下向きにすると流入する酸素の量が横向き扉より低下することが分かる。なお、扉を閉めた時点から酸素濃度が増加しているのは、サンプリング及び測定のタイムラグのためである。
【００５６】
図４より、下向き扉における酸素濃度の変化は、酸素濃度の初期値（扉を開ける前）が体積比で１８９ｐｐｍであり、約５０秒後に最大値４８６２ｐｐｍとなった。横向き扉では初期値が１６６ｐｐｍであり、約４２秒後に最大値８２５００ｐｐｍとなった。すなわち、下向き扉にすることで横向き扉と比べて外気の流入を約１／１７に抑制することができる。
【００５７】
＜実験２＞
１０秒後に実験容器の下向き扉を閉じずに下向き扉を開放したままとする以外は実験１と同様に実験容器内の酸素濃度を測定し、その変化を記録した。同じ条件で横向き扉を開放したまま実験容器内の酸素濃度を測定し、その変化を記録した。それらの結果は図５に示す通りである。
【００５８】
図５より、下向き扉の場合、扉を長時間開けたままでも酸素濃度が上昇しにくいことが分かる。このことから、下向き扉は横向き扉よりも異常燃焼が起こりにくいと考えられる。
【００５９】
＜実施例２＞
前記実験１より、搬入扉を下向きにすると流入する酸素の量が低下することが分かった。
【００６０】
ところで、昇温室に流入した外気中の酸素は、昇温室内において浸炭ガス中のＣＯと反応してＣＯ２を生成し、室内雰囲気のカーボンポテンシャルを低下させる。このため、昇温室から次の浸炭室へと被処理品を移送するまでの間に、昇温室内の酸素濃度を所定値以下に戻しておくことが浸炭室の雰囲気の変動を抑制するために好ましい。具体的には、被処理品の昇温室での滞留時間を１４分とすると、この間に昇温室内雰囲気の酸素濃度を例えば７５０ｐｐｍ以下にしておくことが好ましい。そこで、実施例１と同じ実験装置において、下向き扉を閉めてから１４分後の酸素濃度を７５０ｐｐｍ以下とすることを目標とする。
【００６１】
＜実験３＞
実施例１と同様に実験を行い、ガス流量（置換回数）を変えて経過時間と酸素濃度との関係を調査した。その結果は図６に示す通りである。
【００６２】
図６から分かるように、４回置換では１４分（８４０秒）で約１０００ｐｐｍであり、１４分以内に酸素濃度を７５０ｐｐｍ以下にはできない。ガス流量を６回置換、１２回置換とすることで、１４分以内に酸素濃度を７５０ｐｐｍ以下にすることができる。但し、ガス流量を増やした分だけガスのコストが４回置換と比べて１．５倍、２倍増大し、コスト増である。
【００６３】
ガス流量を４回置換とし、ただし下向き扉の開放時にのみ１２回置換として、さらに下向き扉を閉めた後は４回置換とすると、酸素濃度の上昇を抑えることができる。ガスコストは４回置換と比べると増大するが、前記６回置換や１２回置換と比べて大幅にコストを下げることができ許容範囲といえ好ましい。
【００６４】
＜実験４＞
扉を開放した以外は、実施例１と同様に実験を行い、下向き扉の開放時間と酸素濃度との関係を調査した。その結果は図７に示す通りである。
【００６５】
図７から、下向き扉の開放時間が短ければ短いほど、酸素濃度の増加が少ないことが分かる。扉開放時間を１０秒より短くすれば、さらに酸素濃度増加量を減少できると見込まれる。
【００６６】
＜実験５＞
図８は、ガス流量一定のもと、扉の開閉速度を１ｃｍ／秒で行う場合と、５ｃｍ／秒で行う場合の比較データである。例えば、置換回数（昇温室容積の時間当たりの置換率）４回程度をランニングコスト目標値とする。ただし、図８の実験データから、８回以下の置換率では、入口扉の開閉時間の差で、酸素流入量が変化する（扉開閉速度が早いほど、酸素流入量が大きい）ことから、４回置換では、扉開閉速度高低での酸素流入量の差がさらに大きくなることが予想される。下向き扉構造では開時間での酸素流入量が時間に伴い頭打ちする（図５より）ことから、扉の開閉速度が遅い方が、酸素流入量をより減らすことができ、雰囲気安定化につながる。しかし、扉開閉速度を遅くすることは、その他の機能性低下（昇温遅れ、炉内温度低下）などを引き起こす可能性があるため、扉開閉速度を可変する機能を備えることが好ましい。
【００６７】
＜実施例３＞
図９は、下向き扉の安全性を評価したデータを示す。炉内温度を９０℃、１３０℃、２８０℃、３１０℃、３８０℃とした以外は実験１と同様に実験を行い、酸素濃度の増加量の最大を評価したものである。酸素濃度の増加量は炉内温度に比例しており、１０００℃においても１５０００ｐｐｍ以下（１．５％以下）であり、水素の爆発限界以下の酸素濃度である。浸炭温度は通常８５０〜９５０℃程度で実施するので安全性も高い。
【００６８】
横向き扉を有する従来の浸炭炉では、異常燃焼による爆発の恐れがないとはいえない。これは、横向き扉（図４、図５）での酸素流入量が多いことから、爆発臨界点により近くなるからであると推測される。
【００６９】
これに対し、本実施の形態に係る下向き扉構造の浸炭炉では、従来炉より酸素流入量を大幅に抑えることが可能となった。図９より、１０００℃以下の温度では、爆発臨界点（酸素濃度３．６％）を大きく下回ることから、より高い安全性を求めることができる。また、本実施の形態に係る下向き扉構造の浸炭炉は、１０００℃以下の雰囲気炉に広く活用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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